趙田　張瑾

摘 要：在信息化的時代背景下，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展。無線通信技術(shù)的出現(xiàn)極大的推動了很多領(lǐng)域的發(fā)展和進步。在本次研究中，筆者關(guān)注的是遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護領(lǐng)域，以單片無線收發(fā)一體芯片nRF905和AT89S52單片機為基礎(chǔ)設(shè)計了一套針對運動員的遠(yuǎn)程心率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。筆者首先介紹了系統(tǒng)的整體設(shè)計思路，接下來分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，最后對系統(tǒng)進行了性能測試，測試結(jié)果表明本文所設(shè)計的系統(tǒng)可以有效的實現(xiàn)預(yù)期功能。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程心率；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；設(shè)計

1 系統(tǒng)設(shè)計思路

在本次設(shè)計中，筆者選擇了單片無線收發(fā)一體芯片nRF905和AT89S52單片機，nRF905是一種新產(chǎn)品，研發(fā)單位是挪威Nordic VLSI企業(yè)。在正式開始系統(tǒng)設(shè)計工作之前，筆者首先對nRF905和AT89S52開展了一系列的研究，主要包括：第一，nRF905的具體結(jié)構(gòu)；第二，nRF905的工作原理；第三，AT89S52的工作原理，以及各項功能等。上述工作是保證系統(tǒng)設(shè)計可以順利得到開展的基礎(chǔ)和前提。總的說來，筆者對于運動員遠(yuǎn)程心率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的基本設(shè)計思路如下：第一步，獲取運動員的心率信號。需要用到的設(shè)備有心電電極和心電傳感器；第二步，對心率信號通過無線的方式進行發(fā)送。此時需要借助的設(shè)備主要是無線信號轉(zhuǎn)發(fā)器，其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的就是nRF905；第三步，處理心率信號，并獲得心率數(shù)據(jù)。在處理心率信號時，主要使用的方法是濾波。之后還需要對信號進行存儲處理，方便相關(guān)人員使用上述信號。在本系統(tǒng)中，無線數(shù)據(jù)傳輸裝置是必不可少的，該裝置主要包括三個組成部分，分別是收發(fā)器nRF905、AT89S52單片機以及顯示結(jié)構(gòu)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計工作主要包括以下幾個部分：

1）心率信號的采集。在收集運動員的心率信號時，發(fā)揮關(guān)鍵作用的設(shè)備主要有兩個，分別是心電電極以及心電傳感器。其中，心電電極的主要作用是：對運動員的心臟活動信號進行收集處理，并進一步將去傳遞到心電傳感器。心電傳感器的主要作用是：對接收的心臟信號進行一系列的處理，具體流程包括：增大原本微弱的信號、對信號進行濾波處理等。此外，心電傳感器還可以將處理好的心率信號傳遞到無線信號轉(zhuǎn)發(fā)器。本系統(tǒng)使用的心電電極和心電傳感器具有下述優(yōu)勢：第一，在工作過程中可以有效的抵御環(huán)境中的干擾因素；第二，運行時需要的電量不是很多等；第三，在采集運動員的心率信號時，對運行員的產(chǎn)生的影響相對較小，運動員可以保持正常的運動狀態(tài)。

2）前置放大電路。前置放大電路的主要組成部分就是前置放大器，筆者選擇的是AD620儀表放大器。選擇該組件的主要原因是：控制增益的大小，如果增益過大的話，就可以導(dǎo)致心電放大器出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的正常運行。

3）心率信號的無線發(fā)送。一般來講，心率傳感器可以將心率信號傳遞的最遠(yuǎn)距離是一米，而在遠(yuǎn)程監(jiān)測領(lǐng)域，監(jiān)測范圍肯定超過了一米，這就為心率信號的發(fā)送提出了新的要求。為了解決上述問題，筆者選擇了nRF905，借助于無線信號轉(zhuǎn)發(fā)器滿足遠(yuǎn)程監(jiān)測的需求。

4）心率信號的接收。nRF905還具有接收信號的能力，因此筆者在設(shè)計無線信號接收器時，也選擇的nRF905?？偟恼f來，在無線數(shù)據(jù)傳輸中，主要包括三種類型的系統(tǒng)，分別是點對點系統(tǒng)、點對多點系統(tǒng)以及多點對多點系統(tǒng)。筆者選擇的系統(tǒng)模式是點對點，這主要是因為本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)終端的數(shù)量是1。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計一共由三部分組成，分別如下：

3.1 主程序設(shè)計

主程序設(shè)計主要包括下述幾部分內(nèi)容：第一，對程序的初始化進行合理的設(shè)計，為后續(xù)的軟件設(shè)計工作打好基礎(chǔ)；第二，調(diào)整nRF905的狀態(tài)，保證其可以正常接收信號。當(dāng)nRF905正常運行時，如果有信號傳遞過來的話，此時信號會被進一步傳遞到LCD；如果沒有信號，nRF905就保持在查詢狀態(tài)。

3.2 nRF905軟件設(shè)計

在開展nRF905的軟件設(shè)計工作時，主要包括兩部分內(nèi)容：第一，設(shè)計nRF905的讀寫程序，確保讀寫操作可以順利開展；第二，活動模式時序。

3.3 發(fā)送模式軟件設(shè)計和接收模式軟件設(shè)計

筆者選擇的模式是ShockBurst，該模式的主要優(yōu)勢是當(dāng)傳輸包開始工作之后，該模式總是能保證數(shù)據(jù)達(dá)到目的地，而且當(dāng)一次傳輸工作結(jié)束之后，新的模式馬上開始又一輪的數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)接收中發(fā)揮主要作用的是nRF905，nRF905可以根據(jù)實際需要變換模式。

4 系統(tǒng)性能測試

完成系統(tǒng)設(shè)計和構(gòu)建工作之后，筆者對系統(tǒng)進行了測試，確保系統(tǒng)可以實現(xiàn)預(yù)期功能，具體測試過程如下：

4.1 誤碼率測試

在開展誤碼率的測試工作時，筆者選擇的測試地點是運動場，測試條件如下：第一，將發(fā)射機和接收機之間的距離控制在一百米；第二，將發(fā)射機的發(fā)射功率控制在10dBm；第三，將數(shù)據(jù)傳輸速率控制在75kBPS；第四，發(fā)射正弦信號之后，接收機對接收到的信號進行整理，最終得到本次測試的誤碼率，測試結(jié)果要比1/1000好，這說明本系統(tǒng)的誤碼率是可以接受的。

4.2 整機測試

整機測試是非常重要的額，通過整機測試可以了解系統(tǒng)的各項功能是否合理。筆者找了一些運動員來協(xié)助完成整機測試，測試結(jié)果是：心率數(shù)值為每一分鐘91次，St幅度的數(shù)值是45，這說明本系統(tǒng)可以正常運行。

5 結(jié)語

在本次研究中，筆者主要設(shè)計了一個運動員的遠(yuǎn)程心率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，測試結(jié)果表明該系統(tǒng)可以實現(xiàn)預(yù)期功能，提供遠(yuǎn)動員的心率數(shù)據(jù)信息。

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作者簡介：趙田（1994-），男，陜西人。